微笑琳----

晶體管是一個很大的類型，樣子千差萬別，尺寸更是多種多樣，芯片裡的晶體管尺寸是納米級別，題主網上搜索到的晶體管（如下圖），屬於分立元件，就是獨立的零件，尺寸較大，單個製作成本較高（相對於納米級別晶體管），但製作技術較低。

這種晶體管作為零配件焊接到電路板上，可以用肉眼看到，常用在較大功率（相對於芯片內集成的晶體管）、比較簡單、低成本的電路設計上，如下圖。下圖中的三極管就是晶體管。

芯片內集成的晶體管具有尺寸極小（見下圖）、功耗極低、製作技術較高（納米級別的需要光刻），但因為規模效應，一個芯片內常常集成數以億計的晶體管，所以分攤到每個晶體管上，製作成本又極低，比印刷一個字符還便宜。

成本有多低呢？蘋果A13芯片集成了85億個晶體管，成本64美元，按現有匯率計算，約合人民幣448元，平均每個晶體管成本為0.00000527059分錢，而一個分立元件晶體管，便宜的每個要幾分錢，貴的則要好幾元，比芯片集成的晶體管貴差不多10萬倍。

不過，無論晶體管價格、尺寸差別有多大，它們的原理都一樣，都有柵極、源極和漏極（如下圖），這三個極即使在尺寸較大、肉眼可見（第一幅圖的）的晶體管也看不到，它們被封裝到陶瓷、塑料或金屬批帽中，我們能看到的是連接它們的三個引腳。

芯片的世界神奇、偉大，由於它是現代工業世界的麵包，所以成為大國競技的籌碼。對此感興趣，可以關注我閱讀頭條專欄《大國芯片戰爭之狂野硅谷》，從晶體管發明講起，全面展示大國間為芯片展開的高科技戰爭，以及臺前幕後精彩故事，可提升自身知識價值維度，瞭解當今高科技世界運作秘密，加強自身社會適應力。

魔鐵的世界

感謝您的閱讀！

在麒麟990中，一塊僅有113.31平方微米的地方，被放入了103億顆晶體管，你可以在下圖看到，麒麟990密密麻麻的晶體管。

而晶體管實際上我們是看不見的，只能通過用高倍電子顯微鏡放大10萬倍才能夠看到，這就是為什麼我們知道晶體管看似很小，拍出來的效果很大。晶體管的低成本、靈活性和可靠性強：下圖是三柵極晶體管。

實際上，在之前，有一家叫做Cerebras Systems的公司發佈的世界最大芯片“WSE”：

所以，別看芯片小，更別小看晶體管，它們的層級排序，所以能夠更好的帶來性能優勢。未來，即使3nm的工藝節點，也會存在問題。

總結下：能夠拍攝出極大晶體管，主要是因為在特殊設備下，可能是顯微鏡等等。當然，知道也沒有意義，處理器的能力不僅僅一個晶體管發揮的，還是其他方面，比如CPU或者GPU 的能力等等。

LeoGo科技

    華為的麒麟990處理器，採用了7nm工藝製程，集成了103億個晶體管。這103億個晶體管密密麻麻的分不到只有指甲蓋大小的手機Soc中（14mm*14mm）。比拇指還小的芯片集成了上億個晶體管，那麼小的晶體管是什麼樣子的呢？下文具體說一說。

    一個晶體管的結構

    晶體管主要由源極（Source）、漏極（Drain）、柵極（Gate）組成，大體結構如下圖所示▼。

    集體管工作時，電流從源極（Source）流入漏極（Drain），柵極（Gate）相當於閘門，負責控制兩端源極和漏極的通斷。電流會損耗，柵極的寬度就決定了電流通過時的損耗，直觀的表現就是手機的發熱和功耗，柵極的寬度越窄，功耗越低。

    柵極的寬度，就是我們經常聽說的XX nm製程工藝，比如麒麟990採用了臺積電7nm製程工藝。

    手機處理器

    簡單說一下手機處理器，即Soc。處理器不僅包含了CPU，還包括了GPU、DSP、ISP、內存控制器、基帶等等，而這些都集成到指甲殼大小的芯片中：

• CPU單核性能決定了程序打開速度，蘋果手機的A處理器單核性能可以說“天下無敵”了；

• GPU性能決定了遊戲幀數，高分辨率顯示輸出，如果GPU性能差，那麼大型遊戲就會卡頓；

• ISP性能決定了拍照的畫質和體驗，典型的例子就是MTK的處理器，拍照畫質一般；

• WiFi模塊決定了手機無線速率和穩定性，大部分手機僅支持雙通道；

• LTE性能決定了4G上網的速度，信號的穩定性，蘋果手機是個例外，沒有自己的基帶，集成了英特爾基帶的iphone xs系列手機頻繁出問題。

    總之，網上看到的芯片圖片，能看到晶體管的佈局，都是在顯微鏡下看到的，放到了幾十萬倍的結果。指甲殼的芯片集成了上億顆晶體管，包含了CPU、GPU、ISP、基帶等模塊，各個模塊之間可以高速通信。

Geek視界

因為小的拍不到圖片。

現在CPU已經開始使用10nm的技術製造，雖然並不代表晶體管就是這麼大，但是一粒灰塵都比晶體管大得多，這麼小的尺寸基本上只能用電子顯微鏡才能看到，想要拍到應該只能在芯片還沒封裝的時候，在無塵室裡才行。這應該只有cpu生產廠家內部才能拍到，決算他們內部有，這些圖也不可能流傳出來。

下面一張是40倍顯微鏡下的暴力拆解的CPU芯片圖，型號是Pentium D 820，製程是90nm。

下面是一張800倍

完全看不出來這是晶體管，只有很多色彩斑斕的點，顯然顯微鏡的放大倍數不夠。估計萬倍或者更高的放大倍數才能一窺真容。

晶體管有很多種，LED燈也是晶體管的一種，由於大規模集成電路里晶體管拍不到，所以平時搜索晶體管顯示的都是像led燈這種相對較大的。

科級雞

問題：小白問一個愚蠢的問題，芯片裡有由成千上萬的晶體管，為什麼在網上搜索晶體管圖片都非常大？

回答：現在的CPU真的很小很小很小很小，但是網上的晶體管圖片都非常大，因為大部分都是渲染圖來的。

我們看到的當然是一塊芯片的圖片，但是有人用X光一照就能看到它的面積和分佈圖了。

實際上，麒麟990也只有指甲蓋一樣的大小的，比圖中的還要小，然而這麼小的面積中，竟然能夠容納了103億顆晶體管。

那麼，網上能夠看到一根一根的晶體管的圖，它們是真的把晶體管放大並且拍照嗎？這個可能性不是沒有，但是實際上更多的是渲染圖。即使是專利圖，也是做一個示意的而已。

（某個晶體管和半導體專利的示意圖）

也就是說，大概的晶體管是怎麼樣的，然後根據設計的需求，覺得怎麼好看，就怎麼P，進行視覺渲染，這是方便宣傳或者是教學的時候使用。

真正的晶體管並不是這樣的！即使是通過專業的顯微鏡，放大了10萬倍，實際上的情況跟我們網上的渲染圖也是不一樣的！

說白了，網上的晶體管的圖，大部分都是為了好看，而P得很好看的。

太平洋電腦網

這是一個簡單的問題。但是如果從事的不是這個行業，就會覺得很陌生，俗話說：隔行如隔山！

晶體管只是一個統稱，可以包括：二極管、三極管、穩壓管，也可以是功率管、放大器等等。總之，晶體管都是由半導體材料加工而成的。我們又經常把它們歸屬到分立元件一類。

隨著世界上電子科技的發展，開始出現了集成電路，再後來又推出了門陣列GAL、PAL 以及可編程的大規模集成電路芯片，也就是將所有的電路集成到一小片半導體材料“硅鋼片”上，通過高精度的光刻機來實現這種高尖端的製造工藝！而這些芯片其實就是由無數個最基礎的晶體管電路搭建、組合而成的！

如果說你在網上見到的晶體管很大，那說明你看到的只是一些大功率的管子。它們通常適用於電流很大的強電控制場合，所以採用的晶體管功率也一定很大。而功率大就要求其散熱性能一定很好，而要達到良好的散熱就只能加大功率管的體積！具體原因還有很多，這裡不在多述了！

MM8421

很好理解！你在網上看到的晶體管我們稱為分立元件，要安裝電路板使用的，所以必須有安全的封裝，體積很大。

而我們常說的芯片屬於集成電路，顧名思義！把大數量的微晶體管集成到一個小芯片裡，下圖為一款芯片的內部設計圖，密密麻麻、層層疊疊！當然這就不可能一個個的做了，所以就有了光刻等等技術。

用一種簡單的描述：就是一個硅片，然後在上面做光刻，接著做腐蝕，上面做沉積，然後在上面做離子注入，等等最後才是切割、封裝。然後形成各種各樣的芯片，見上圖。

而這個密密麻麻的晶體管數量，專業名稱叫MTr/mm²，即每平方毫米X百萬個晶體管表，上圖是不是很恐怖？體積就太小了。

按照摩爾定律：每隔 18~24 個月，集成電路上可容納的元器件數目便會增加一倍，芯片的性能也會隨之翻一番。

2020年伊始，臺積電、三星已經完成了奔向 5nm、3nm，臺積電在中國臺灣的第一家3nm工廠將於2021年投產。

即將發佈的apple A14芯片，採用了5納米工藝，擁有125億個晶體管。

就是這麼簡單！您理解了嗎？

叮噹新科技

晶體管是一類器件的稱呼，因為它是刻蝕在多晶硅上的，所以叫做晶體管，英文名叫transistor，其主要詞根就是trans，表示跨越或轉換，意思就是將小電壓轉為大電壓。因此從這個角度講，凡是刻蝕在多晶硅上，能實現電壓放大的器件都叫晶體管。

晶體管的體積和放大能力、輸入電壓和輸出電壓有關。一般來說，體積越大，輸出電壓和輸入電壓也就越大。我實驗室日常用的晶體管最大功率能達到幾千瓦，因此需要很大的體積（不然連熱都散不開）。現在手機信號塔用的晶體管最大的功率大概在幾十瓦。

芯片中的晶體管的功率非常小，整個芯片的電壓一般是5V或者3.3V，整個手機CPU芯片的功率一般在幾十毫瓦，因此分到每個芯片的功率非常微弱，因此手機CPU芯片中的晶體管更多被當成一種開關，而不再是電壓放大。很多個開關在一起就可以組合出非常多的信息，因此能實現非常複雜的功能。（下方圖片展示的是設計軟件中的晶體管，黃色方框中有兩排3個方框，每排3個方框就組成一個晶體管的3個引腳，每兩個方框之間的距離由工藝決定，可以是7nm或者幾十nm）

實際上，晶體管屬於固體電路（管子在固體中工作），與之對應得還有真空管，比較有代表性的真空管包括迴旋管和相對論管等，現在最大功率可以達到十萬瓦級別（可以參考高功率微波源這本書），由於高功率真空管經常用於軍事，我就不多說了。

吾知難

真想不到，華為麒麟980處理器超越美國芯片，靠的竟然是這小小的晶體管。

我們都知道，在手機的結構中，處理器芯片是至關重要的一枚硬件。那你可知道，這枚處理器在手機中承擔了哪些作用？

2019年，是我國5G通信發展的元年，在進入5G時代以後，手機處理器芯片不再僅僅承擔以前運算處理和圖形處理兩大功能。從華為的麒麟990開始，它揹負了第三大功能，那就是5G傳輸。很多人都知道，一枚處理器芯片的體積是非常小的。而在網上搜索到的晶體管圖片大，那可能是在高倍顯微鏡下的放大照片，其目的只是為了讓大家對其結構的瞭解更方便而已。

從第一顆真正意義的晶體管被髮明出來，至今已經71年的時間。晶體管從一個龐然大物變成了如今的細如塵埃，其體積的變化同時促進著世界計算機工業的發展。晶體管的技術進步代表了世界先進生產力的發展史。

1948 年，馬塔利和維爾克在法國發明瞭點接觸式晶體管，第一臺晶體管誕生（因體積大，單位為“臺”）；

1950 年，日本的西澤潤一和渡邊寧發明了結式場效應晶體管(JFET)。1952 年，基於晶體管的助聽器和收音機投入市場；

1954 年，貝爾實驗室的坦恩鮑姆製備了第一個硅晶體管，同年開發了第一臺晶體管化的計算機，1955 年，IBM公司開發了包含2000 個晶體管的商用計算機。

1959 年，仙童公司的諾伊斯(他後來創立了英特爾公司)用鋁作為導電條製備集成電路。從此，集成電路的時代開始了。

1965年，仙童公司的摩爾提出了摩爾定律(Moore’s law)：集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18~24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

摩爾定律的初衷，是基於之前晶體管發展進度的經驗推算，沒想到揭示了未來幾十年芯片技術的發展速度。

在PC和手機中，晶體管的數量直接影響著運算速度。去年的華為麒麟980芯片一經發布即成為全球矚目的焦點，正是因為其首發了全球第一顆使用7nm製程工藝的手機處理器，這顆處理器的晶體管數量達到了69億個。

而今年發佈的麒麟990處理器，更是在指甲蓋大小的面積上，集成了103億個晶體管。

看到這裡，網友可能會問【“如果按照摩爾定律，會不會發展到針尖大小就能集成100多億晶體管呢？”】，很遺憾的告訴你，可能做不到了。

因為從物理特性方面來講，7nm是硅晶材質半導體的物理極限。在集成電路上，晶體管之間的源極和漏極基於硅元素連接。而一旦晶體管之間的柵長（間距）低於7nm，硅元素就會發生量子隧穿效應，而無法再保持其半導體的物理特性。針對此瓶頸問題，現在的科學界主要有兩種解決方案：

1、將晶體管佈置結構從水平變成垂直，建立層層相疊的多層電路。

2、研究更優質的元素來代替硅基晶體管：據美國科學家研究發現，碳納米晶體管其性能大大超越現有的硅晶體管，它所通過的電量比硅晶體管高了1.9倍。

值得鼓舞的是，我國在突破晶體管技術瓶頸方面也走到了世界的前列，大有後來居上的勢頭。

在今年上半年，中國科學院微電子研究所專家表示，目前團隊已經研發出了3nm晶體管。但是由於從研發成果轉化到投入實際使用尚需漫長的道路。在此，還是期待中國的半導體工業早日躋身高端，走向世界。

手機故事匯

謝謝您的問題。晶體管的設計是要求不斷縮小的，網上的圖片都是放大的。

無法想象的晶體管數量。晶片的性能提升必須要容納更多的晶體管。英特爾公司推出的Stratix 10 GX 10M芯片，包含了433億個晶體管。美國AI初創公司Cerebras Systems宣佈自己研發了世界最大的芯片WSE，包含了1.2萬億個晶體管。全球超級計算機下一個時代將是E級超算，每秒將達到百億億次浮點運算，難以想象芯片會含有多少個晶體管。

關鍵字: 納米 科技 晶體管